華東國(guó)際珠寶城一期市場(chǎng)鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析

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1、第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)華東國(guó)際珠寶城一期市場(chǎng)鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析姜雪峰(長(zhǎng)江精工鋼結(jié)構(gòu)(集團(tuán))股份有限公司浙江紹并312030摘要：諸暨華東國(guó)際珠寶城一期市場(chǎng)交易區(qū)屋面采用了倒三角桁架和平面桁架組臺(tái)的空間鍘結(jié)構(gòu)，其中門庭飄扳懸挑量達(dá)25m．在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中選用了部分大型鑄鋼件。本文就對(duì)飄板設(shè)計(jì)中所選用到的鑄鋼件進(jìn)行了有限元建模與分析。通過(guò)分析驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的可行性與正確性，在沒(méi)有現(xiàn)行規(guī)范公式可查的情況下，這種分析將對(duì)一些類似的工程設(shè)計(jì)起到借鑒作用。關(guān)鍵詞：管桁架．空問(wèn)結(jié)構(gòu)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)．有限元法一、引言隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，為了滿足建筑造型及功能要求，新型建筑體系不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)跨度愈來(lái)愈

2、大，這將使連接各構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)形式己不能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求。鑄鋼節(jié)點(diǎn)作為我國(guó)新興的節(jié)點(diǎn)形式以其特有的優(yōu)點(diǎn)在工程應(yīng)用中顯示出合理性與適應(yīng)性，不僅解決了焊接球節(jié)點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)跨度的增大使球徑過(guò)大的困難，而且可解決鋼管相貫節(jié)點(diǎn)由于進(jìn)行相貫線的切割導(dǎo)致施工不便的問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些大型空間結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也采用了該種節(jié)點(diǎn)形式。它不受節(jié)點(diǎn)位置、形狀、尺寸的限制．即可以用于結(jié)構(gòu)的中部節(jié)點(diǎn)，也可以用于結(jié)構(gòu)的端部節(jié)點(diǎn)。隨著鑄造工藝的提高，鑄鋼節(jié)點(diǎn)在工程中將得到日趨廣泛的應(yīng)用。然而，目前還沒(méi)有一套成熟的鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)中的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。而且在實(shí)際荷載作用下，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力

3、狀況趨于復(fù)雜，因此對(duì)形狀復(fù)雜的大型鑄鋼節(jié)點(diǎn)大多通過(guò)足尺試驗(yàn)或有限元數(shù)值模型分析來(lái)取得必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。二、工程概況華東國(guó)際珠寶城一期市場(chǎng)位于浙江省諸暨市山下湖鎮(zhèn)，占地面積約600畝，規(guī)劃建筑面積約500000平方米。本文所涉及內(nèi)容為市場(chǎng)交易區(qū)，將建成各種規(guī)格的交易展示鋪位及攤位約2400個(gè)。市場(chǎng)交易區(qū)平面軸線尺寸為325．4mx310．2m，十字形屋蓋水平投影尺寸為370．4mx68m和341．7Ⅲx62m，其結(jié)構(gòu)形式采用鋼管倒三角形桁架和平面桁架構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)。建筑造型要求高，桁架曲面變化復(fù)雜是本工程的一大特色。下圖1、圖2分別表示整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)屋面的平面圖和軸測(cè)圖。工業(yè)建筑2007增刊第七

4、屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)圖1市場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2市場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋面軸測(cè)圖其中四個(gè)主入口飄板懸挑25米，在距入口15．4米處有四根棱形斜柱組成w形支撐于飄板底面?？紤]到整個(gè)飄板懸挑量大．w形斜柱支攆效果不是很明顯，而且在斜柱兩端鋼管連接數(shù)量多受力又復(fù)雜。戰(zhàn)采用整體性比較好的鑄鋼節(jié)點(diǎn)作為斜柱與飄扳、斜柱與基礎(chǔ)的連接方式。斜柱的連接形式如下圖3所示～可分為3類鑄鋼節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)A為一根斜拄與飄板相連，節(jié)點(diǎn)B為兩根斜柱與飄板相連，節(jié)點(diǎn)c為兩根斜柱與基礎(chǔ)相連。三、有限元分析圖3斜柱立面圖本次分析選取上述三類鑄鋼節(jié)點(diǎn)，分別建立用于理論分析的有限元計(jì)算模型。分析軟件采用通用有限元分析軟件ANsYs9．

5、0。連接節(jié)點(diǎn)的各鋼管內(nèi)力取自各組合工況下結(jié)構(gòu)整體分析得到的桿件內(nèi)力的最大值·設(shè)計(jì)中考慮以下幾種荷載組合；工業(yè)建筑20們?cè)隹谄邔萌珖?guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)(1)1．35恒載(2)1．20恒載+1．4活載．(3)1．20恒載+1．4風(fēng)載(4)1．20恒載+1．4×O．9活載+1．4×0，9風(fēng)載(5)1．20恒載+1．3溫度荷載(6)l，20恒載+1．4×O．7活載+1．3溫度荷載(7)1．20恒載+1．4×0．7活載+1．4×O．7風(fēng)載+1．3溫度荷載本工程鑄鋼材料采用屈服強(qiáng)度f(wàn)v為300MPa，彈性模量E為2．02×105MPa，泊松比u為0．3。正火處理的鑄鋼材料。它相當(dāng)于德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的G

6、s．20Mn5，計(jì)算時(shí)假定為理想彈塑性材料。像鋼材類塑性材料通常以屈服的形式失效，故節(jié)點(diǎn)應(yīng)力驗(yàn)算依據(jù)第四強(qiáng)度理論【l】：即形狀改變比能理論，認(rèn)為形狀改變比能是引起屈服的主要因素。即認(rèn)為無(wú)論什么應(yīng)力狀態(tài)。只要形狀改變比能uf達(dá)到與材料性質(zhì)有關(guān)的某一極限值，材料就芨生屈服。其強(qiáng)度條件表達(dá)式為：、斤■——————■————————_1怯kq一吒)2+(吒一q)2+(吒一q)2J≤【盯1(一)單元選擇介紹本文采用ANSys提供的4節(jié)點(diǎn)彈塑性殼單元shenl43對(duì)三類鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了各種工況下的變形及應(yīng)力分析。此單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度．包括3個(gè)線位移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并且具有塑性、蠕變

7、、應(yīng)力強(qiáng)化、大撓度和小應(yīng)變等功能。能較好的模擬薄到中厚的殼結(jié)構(gòu)“”。(二)荷載與約束對(duì)于節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B，以斜柱為約束點(diǎn)，其余八個(gè)支管為受荷點(diǎn)。模型上的荷載是由結(jié)構(gòu)整體分析得到的內(nèi)力折算成線荷載均勻施加到支管的管壁上。圖4模型示意圖表1荷載與約束表單位：l【N①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩節(jié)點(diǎn)A一217—148-187．224．951-47l-1054—1093固接節(jié)點(diǎn)B一5l-68．76．56．571．55512314l固接節(jié)點(diǎn)C一1197—